JPWO2011040504A1 - 核酸分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2009年09月30日に、日本に出願された特願2009−228809号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年の遺伝子検査技術の発達により、例えば患者から採取した生体試料などの被検体から核酸を抽出して一塩基多型のような遺伝子の差異を検出する。この遺伝子の差異により、医薬品に対する感受性をあらかじめ予測できる可能性が示唆されている。これにより、例えば医薬品の副作用を低減して患者個人毎に最適な医療(薬剤)を提供するいわゆるテーラーメイド医療(またはオーダーメイド医療とも呼ばれる)が利用可能になると考えられている。
(1)本発明の一態様に係る核酸分析装置は、被検体から核酸を分離精製して核酸溶液とする核酸精製キットと;中央に回転軸が位置し、前記回転軸の径方向外側に複数の反応容器を有し、前記核酸精製キットによって精製された前記核酸が前記回転軸回りの遠心力によって前記反応容器に送液される核酸分析チップと;前記核酸精製キットが載置される被検体導入部と;前記被検体導入部に設けられ、前記核酸分析チップを支持する分析チップホルダと;前記核酸を含有する前記核酸溶液を前記核酸分析チップの内部に注入する精製処理部と;前記回転軸回りに前記核酸分析チップを回転動作させて前記反応容器のそれぞれに前記核酸溶液を送液する遠心送液部と;前記反応容器の内部の反応産物の分析を行う分析部と;前記精製処理部と前記遠心送液部と前記分析部とのそれぞれに前記被検体導入部を相対的に搬送する搬送手段と;を備える。
まず、本実施形態の核酸分析装置1の全体の構成について図1及び図2を参照して説明する。図1は、本実施形態の核酸分析装置1の外観を示す斜視図である。また、図2は核酸分析装置1の一部の構成を示す平面図である。
本実施形態では、核酸分析装置1は、被検体から核酸を精製し、精製された核酸に対して検査対象となるSNP(Single Nucleotide Polymorphisms)を含む領域を増幅し、増幅された核酸に対してインベーダー法(登録商標)によってSNPの測定をするという一連の動作を自動的に行う。
具体的には、核酸精製キット10は、生体試料などの被検体に含まれる細胞を破壊し、細胞内に含まれる核酸を担体に吸着させて分離精製する。核酸分析チップ20は、核酸精製キット10によって精製された核酸に対して生化学反応を行う。
また、分析装置本体30は、核酸精製キット10と核酸分析チップ20とのそれぞれが内部に配置されて核酸精製キット10及び核酸分析チップ20に対して精製や分析の操作を行う。
具体的には、図2に示すように、分析装置本体30は、被検体導入部40に設けられ、核酸分析チップ20を支持する分析チップホルダ42と;核酸精製キット10による分離精製を行い、精製された核酸を含有する核酸溶液を核酸分析チップ20の内部に注入する精製処理部50と;中心軸線O回りに核酸分析チップ20を回転動作させて反応容器22のそれぞれに核酸溶液を送液する遠心送液部60と;反応容器22の内部の反応産物の分析を行う分析部70と;精製処理部50と遠心送液部60と分析部70とのそれぞれに被検体導入部40を相対的に搬送する搬送部(搬送手段)55と;を備えている。
本体101の外面の一部には、核酸精製キット10の使用時には取り外される薄膜状の封止フィルム103が貼り付けられていることが好ましい。封止フィルム103によって本体101の開口は封止される。これにより、本体101の内部に配置された後述する抽出フィルターカートリッジ150などが、本体101から落下するのを防止することができる。さらには、本体101内部に埃などの異物が混入することを防止することができる。
また後述の使用様態では、分析用の試薬は核酸分析チップに配置した構成としているが、これとは別に試薬ウエルに分析用の試薬を収容した使用方法としても良い。例えば、核酸に対してPCR(Polymerase Chain Reaction)、及びインベーダー(登録商標)法によるSNP測定を行う試薬の一部があらかじめ混合された分析試薬プレミックスと、をそれぞれの試薬ウエルに個別に収容することができる。
本実施形態では、被検体が溶解された状態の溶解液121Aや、洗浄液123A、124A、溶出液125Aなどが上端151A側の開口から供給されてフィルターユニット152を通過して排出口151Cから排出される構成である。
核酸分析チップ20は、円板状のチップ本体21と、チップ本体21に貼り付けられた蓋体29とを有している。
分析装置本体30は、上述の核酸精製キット10と核酸分析チップ20とが配置される被検体導入部40と、核酸精製キット10を用いて被検体から核酸を抽出する操作を行う精製処理部50と、核酸分析チップ20を中心軸線O回りに回転させる遠心送液部60と、核酸分析チップ20の反応容器22内で核酸の分析を行う分析部70と、を備えている。
分析チップホルダ42は、円形の貫通孔に核酸分析チップ20が嵌合することで核酸分析チップ20を支持することができる。
分注部52には、分注チップ201が圧入によって着脱可能に接続される。この状態で、分注チップ201を用いて、分注作業や、各液の運搬が行われる(図10、11)。また、分注チップ201は複数用意され、コンタミネーション防止の観点から適宜交換される。
分注チップ201を交換するときは、分注チップ201の上端をリリース部(不図示)で下方に押し下げることにより、分注チップ201を分注部52から開放することができる。リリース部は分注部52に備えられる。例えば、分注チップ201の上端に、リリース部と容易に係合する突出部を設けてもよい。
抽出フィルターカートリッジ150は、ロボットハンド51により移動され、加圧部53によって加圧される。この加圧時、加圧部53と抽出フィルターカートリッジ150とは気密に係合可能である(図12)。係合状態を気密にするために適する構成としては、例えば、加圧部53の下端、あるいは、抽出フィルターカートリッジ150の上端151Aに弾性部材を設けた構成が挙げられる。このように加圧部53と抽出フィルターカートリッジ150とを係合させた状態で、加圧部53を用いて抽出フィルターカートリッジ150の内部を加圧することができる。
核酸分析装置1を動作させる前に、まず、ユーザの手作業によって図3に示す試薬カートリッジ100の封止フィルム103が取り外される。続いて、試薬カートリッジ100のサンプルウエル110に例えば全血試料をユーザの手作業によって注入する。続いて、ユーザは試薬カートリッジ100及び分注チップラック200を図2に示すようにトレイ41上に載置する。このとき、試薬カートリッジ100に設けられた爪部102がトレイ41の被係合部43に係合して、試薬カートリッジ100はトレイ41に固定される。
さらに、ユーザの手作業によって、核酸分析チップ20は分析チップホルダ42に載置される。
以上で核酸精製キット10による核酸の分離精製は終了する。
本実施形態の核酸分析装置1では、特に上記S4〜S13、あるいは、S14を含む工程を自動的に行うことができるため、反応容器22のそれぞれに核酸溶液を送液するタイミングを一致させることができる。また、核酸溶液を送液後、PCR反応(S11)を開始するまでの時間間隔を最小限に短縮できる。この結果、核酸増幅反応への意図しない人為的な影響を防ぎ、測定結果の精度を向上できる。
また、突出壁部28が弾性を有するので、突出壁部28と上部ヒートプレート81とを密着させることができる。
核酸分析装置1を使用した遺伝子解析の例としては、例えばK−ras遺伝子変異の検出や、生殖細胞変異の検出を挙げることができる。
K−ras遺伝子は、ウイルス由来の癌遺伝子として知られており、GTPase活性を有するG蛋白の一種をコードする遺伝子である。K−ras遺伝子に点突然変異が発生すると、GTPase活性が低下することで細胞の癌化を引き起こすと考えられている。
生殖細胞変異は、生殖細胞に変異を有する状態で発生した個体に特徴的な変異で、個体のすべての細胞に同一の変異がある。生殖細胞変異を解析することで例えば薬剤感受性の差などの推定ができると考えられている。
まず、K−ras遺伝子変異の検出に本実施形態の核酸分析装置1を使用する例を説明する。
反応容器22のそれぞれの内部には、K−ras遺伝子の野生型と、13種の変異型とのそれぞれに対応するプローブと、核酸を増幅するための上述の酵素及び塩があらかじめ収容されている。この場合、プローブの種類は14種類となるので、核酸分析チップ20において14個の反応容器22を使用するようになっている。
生殖細胞変異は、個体のすべての細胞に共通する変異であるので、例えば全血試料などを用いて生殖細胞変異の検出を行うことができる。具体的には、生殖細胞変異は、被検体のSNPを特定することによって検出することができる。このようなSNPの特定方法としては、例えばPCR−PHFA(PCR−Preferential Homoduplex Formation Assay)法が知られている。
例えば、分析部70が、温度制御機構80と蛍光測定部90とを備えた構成としたが、分析部70が、温度制御機構80と蛍光測定部90とを備えていなくても、精度の高い遺伝子検査をより簡便に行うことができる。
また、核酸精製キット10は、オイル127Aと少なくともオイルの分注を行うオイル分注チップ201が収容された分注チップラック200とオイル分注チップ201の先端側の外面に付着した余剰オイルを除去するオイル除去部128とを備えることが好ましい。
また、核酸精製キット10は、箱状の試薬カートリッジ100と試薬分注チップ201とを有し、試薬カートリッジ100は、サンプルウエル110とオイルウエル127と試薬ウエル121、122、123、124、125、126と廃液ウエル130と抽出フィルターカートリッジ150とを有することが好ましい。
また、試薬カートリッジ100を被検体導入部40に位置決めするための位置決め機構として、爪部102を設けたが、これに限定されることはない。
また、核酸分析チップ20は、流路23と、注入口26とを有する構成としたが、これに限定されることはなく、チップ本体21と、蓋体29とを有する構成としたが、これに限定されることはない。このチップ本体21と蓋体29の少なくともいずれかは光透過性を有することが好ましい。
さらに、注入口26及び出口27を取り囲むようにチップ本体21の外面から突出して形成された突出壁部28が設けられた構成としたが、これに限定されることはない。
また、突出壁部28は、弾性を有したが、これに限定されることはない。また、流路23が、主流路24と、分岐流路25とを有する構成としたが、これに限定されることはなく、さらには、主流路24は山形状を有する形状としたが、これに限定されることはない。
2 端末
10 核酸精製キット
20 核酸分析チップ
21 チップ本体
22 反応容器
23 流路
24 主流路
24A 一端
24B 他端
24C 山形状
24D 頂点
25 分岐流路
25A 流動制限部
26 注入口
27 出口
28 突出壁部
29 蓋体
30 分析装置本体
31 筐体
40 被検体導入部
41 トレイ
42 分析チップホルダ
43 被係合部
50 精製処理部
51 ロボットハンド
52 分注部
53 加圧部
55 搬送部(搬送手段)
60 遠心送液部
70 分析部
80 温度制御機構
81 上部ヒートプレート
81A 凸部領域81A
82 下部ヒートプレート
90 蛍光測定部
91 光学部
100 試薬カートリッジ
101 本体
102 爪部(位置決め機構)
103 封止フィルム
104 封止フィルム
110 サンプルウエル(被検体収容部)
120 試薬ウエル部
121、122、123、124、125、126 試薬ウエル(試薬収容部)
121A、122A 溶解液
123A、124A 洗浄液
125A 溶出液
126A 希釈液
127 オイルウエル(オイル収容部)
127A オイル
128 オイル除去部
129 拭い部
129A 拭いフィルター
129B、129D 支持部
129C 切り込み部(貫通孔)
129E 切り込み部(真円形)
129F 切り込み部(膨出部のある円形)
130 廃液ウエル(廃液収容部)
140 回収ウエル
150 抽出フィルターカートリッジ
151 本体(略筒状)
151A 上端
151B 下端
151C 排出口(ノズル状)
152 抽出フィルターユニット
152A 吸着フィルター
152B サポート部材
160 保持部
200 分注チップラック
201 分注チップ(オイル分注チップ、試薬分注チップ)
201A 先端
O 中心軸線(回転軸)
(1)本発明の一態様に係る核酸分析装置は、被検体から核酸を分離精製して核酸溶液とする核酸精製キットと;中央に回転軸が位置し、前記回転軸の径方向外側に複数の反応容器を有し、前記核酸精製キットによって精製された前記核酸が前記回転軸回りの遠心力によって前記反応容器に送液される核酸分析チップと;前記核酸精製キットが載置される被検体導入部と;前記被検体導入部に設けられ、前記核酸分析チップを支持する分析チップホルダと;前記核酸を含有する前記核酸溶液を前記核酸分析チップの内部に注入する精製処理部と;前記回転軸回りに前記核酸分析チップを回転動作させて前記反応容器のそれぞれに前記核酸溶液を送液する遠心送液部と;前記反応容器の内部の反応産物の分析を行う分析部と;前記精製処理部と前記遠心送液部と前記分析部とのそれぞれに前記被検体導入部を相対的に搬送する搬送手段と;を備え、前記核酸分析チップは、前記複数の反応容器よりも前記回転軸側に位置し、前記複数の反応容器のそれぞれに繋がる流路と;前記流路よりもさらに前記回転軸側において開口して形成された注入口と;を有し、前記流路は、前記反応容器よりも前記回転軸側に設けられ前記注入口に連通する主流路と;前記主流路から分岐して前記反応容器のそれぞれに繋がり前記主流路よりも細く形成された複数の分岐流路と;を有し、前記分岐流路の前記主流路に接続された部分は、液体が前記主流路から前記分岐流路に流動することを制限する流動制限部となっている。
(1)本発明の一態様に係る核酸分析装置は、被検体から核酸を分離精製して核酸溶液とする核酸精製キットと;中央に回転軸が位置し、前記回転軸の径方向外側に複数の反応容器を有し、前記核酸精製キットによって精製された前記核酸が前記回転軸回りの遠心力によって前記反応容器に送液される核酸分析チップと;前記核酸精製キットが載置される被検体導入部と;前記被検体導入部に設けられ、前記核酸分析チップを支持する分析チップホルダと;前記核酸を含有する前記核酸溶液を前記核酸分析チップの内部に注入する精製処理部と;前記回転軸回りに前記核酸分析チップを回転動作させて前記反応容器のそれぞれに前記核酸溶液を送液する遠心送液部と;前記反応容器の内部の反応産物の分析を行う分析部と;前記精製処理部と前記遠心送液部と前記分析部とのそれぞれに前記被検体導入部を相対的に搬送する搬送手段と;を備え、前記核酸分析チップは、前記複数の反応容器よりも前記回転軸側に位置し、前記複数の反応容器のそれぞれに繋がる流路と;前記流路よりもさらに前記回転軸側において開口して形成された注入口と;前記反応容器と前記流路とになる凹部が一方の面に形成されたチップ本体と;を有し、前記注入口は、前記回転軸と同軸上に開口し、前記複数の反応容器は、チップ本体の中心から等距離になるようにチップ本体の周方向に並べて配置され、前記流路は、前記反応容器よりも前記回転軸側に設けられ前記注入口に連通する主流路と;前記主流路から分岐して前記反応容器のそれぞれに繋がり前記主流路よりも細く形成された複数の分岐流路と;を有し、前記分岐流路の前記主流路に接続された部分は、液体が前記主流路から前記分岐流路に流動することを制限する流動制限部となっている。
(1)本発明の一態様に係る核酸分析装置は、被検体から核酸を分離精製して核酸溶液とする核酸精製キットと;中央に回転軸が位置し、前記回転軸の径方向外側に複数の反応容器を有し、前記核酸精製キットによって精製された前記核酸が前記回転軸回りの遠心力によって前記反応容器に送液される核酸分析チップと;前記核酸精製キットが載置される被検体導入部と;前記被検体導入部に設けられ、前記核酸分析チップを支持する分析チップホルダと;前記核酸を含有する前記核酸溶液を前記核酸分析チップの内部に注入する精製処理部と;前記回転軸回りに前記核酸分析チップを回転動作させて前記反応容器のそれぞれに前記核酸溶液を送液する遠心送液部と;前記反応容器の内部の反応産物の分析を行う分析部と;前記精製処理部と前記遠心送液部と前記分析部とのそれぞれに前記被検体導入部を相対的に搬送する搬送手段と;を備え、前記核酸分析チップは、前記複数の反応容器よりも前記回転軸側に位置し、前記複数の反応容器のそれぞれに繋がる流路と;前記流路よりもさらに前記回転軸側において開口して形成された注入口と;前記反応容器と前記流路とになる凹部が一方の面に形成されたチップ本体と;を有し、前記注入口は、前記回転軸と同軸上に開口して、該注入口を取り囲むように前記核酸分析チップの外面から突出して設けられた弾性を有する突出壁部を有し、前記複数の反応容器は、チップ本体の中心から等距離になるようにチップ本体の周方向に並べて配置され、前記流路は、前記反応容器よりも前記回転軸側に設けられ前記注入口に連通する主流路と;前記主流路から分岐して前記反応容器のそれぞれに繋がり前記主流路よりも細く形成された複数の分岐流路と;を有し、前記主流路は、前記チップ本体の中心と該チップ本体の径方向外側との間で蛇行しつつ該チップ本体の周方向に延びて形成されており、前記分岐流路の前記主流路に接続された部分は、液体が前記主流路から前記分岐流路に流動することを制限する流動制限部となっている。
Claims (20)
- 被検体から核酸を分離精製して核酸溶液とする核酸精製キットと;
中央に回転軸が位置し、前記回転軸の径方向外側に複数の反応容器を有し、前記核酸精製キットによって精製された前記核酸が前記回転軸回りの遠心力によって前記反応容器に送液される核酸分析チップと;
前記核酸精製キットが載置される被検体導入部と;
前記被検体導入部に設けられ、前記核酸分析チップを支持する分析チップホルダと;
前記核酸を含有する前記核酸溶液を前記核酸分析チップの内部に注入する精製処理部と;
前記回転軸回りに前記核酸分析チップを回転動作させて前記反応容器のそれぞれに前記核酸溶液を送液する遠心送液部と;
前記反応容器の内部の反応産物の分析を行う分析部と;
前記精製処理部と前記遠心送液部と前記分析部とのそれぞれに前記被検体導入部を相対的に搬送する搬送手段と;
を備えることを特徴とする核酸分析装置。 - 前記分析部は、前記核酸分析チップの前記反応容器の外面に接触し、前記反応容器の温度が所定の温度変化に従うように前記反応容器を加熱あるいは冷却する温度制御機構を備えることを特徴とする請求項1に記載の核酸分析装置。
- 前記分析部は、前記核酸分析チップの前記反応容器の内部における蛍光物質を励起する所定の波長の励起光を照射して、前記蛍光物質が発する蛍光の強度を測定する蛍光測定部を備えることを特徴とする請求項2に記載の核酸分析装置。
- 前記核酸精製キットは、
前記核酸分析チップに供給されるオイルと;
少なくとも前記オイルの分注を行うオイル分注チップが収容された分注チップ収容体と;
前記オイル分注チップの先端側の外面に付着した余剰オイルを除去するオイル除去部と;
を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の核酸分析装置。 - 前記オイル除去部は、前記オイル分注チップの先端が挿入されることで前記オイル分注チップの外面に接触する親油性の拭い部を有することを特徴とする請求項4に記載の核酸分析装置。
- 前記核酸精製キットは、
箱状の試薬カートリッジと;
前記分注チップ収容体に収容された複数の試薬分注チップと;を有し、
前記試薬カートリッジは、
前記被検体を収容する被検体収容部と;
前記オイルを収容するオイル収容部と;
前記核酸の前記分離精製を行う液体試薬を収容する試薬収容部と;
前記分離精製において発生する廃液を収容する廃液収容部と;
前記被検体の前記核酸を精製する抽出フィルターカートリッジと;を有することを特徴とする請求項4に記載の核酸分析装置。 - 前記オイル収容部と前記試薬収容部とをそれぞれ封止し、前記試薬分注チップあるいは前記オイル分注チップの先端によって貫通可能に形成された穴部封止フィルムが前記試薬カートリッジに設けられていることを特徴とする請求項6に記載の核酸分析装置。
- 前記試薬カートリッジは、前記抽出フィルターカートリッジを着脱自在に保持する保持部を有することを特徴とする請求項6に記載の核酸分析装置。
- 前記保持部は、前記抽出フィルターカートリッジを通過した液体を吸収する吸収体を有することを特徴とする請求項8に記載の核酸分析装置。
- 前記試薬カートリッジにおいて開口を封止するカートリッジ封止フィルムをさらに有することを特徴とする請求項6に記載の核酸分析装置。
- 前記試薬カートリッジは、前記被検体導入部に位置決めする位置決め機構を有することを特徴とする請求項6に記載の核酸分析装置。
- 前記核酸分析チップは、
前記複数の反応容器よりも前記回転軸側に位置し、前記複数の反応容器のそれぞれに繋がる流路と;
前記流路よりもさらに前記回転軸側において開口して形成された注入口と;
を有することを特徴とする請求項1に記載の核酸分析装置。 - 前記注入口は、前記回転軸と同軸上に開口し、
前記注入口を取り囲むように前記核酸分析チップの外面から突出して設けられた突出壁部をさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の核酸分析装置。 - 前記突出壁部は、弾性を有することを特徴とする請求項13に記載の核酸分析装置。
- 前記流路は、
前記反応容器よりも前記回転軸側に設けられ前記注入口に連通する主流路と;
前記主流路から分岐して前記反応容器のそれぞれに繋がり前記主流路よりも細く形成された複数の分岐流路と;
を有することを特徴とする請求項12に記載の核酸分析装置。 - 前記主流路は、前記回転軸に沿って突出する山形を有することを特徴とする請求項12に記載の核酸分析装置。
- 前記反応容器の少なくとも一部は光透過性を有することを特徴とする請求項12に記載の核酸分析装置。
- 前記核酸分析チップは、
前記反応容器と前記流路とになる凹部が一方の面に形成されたチップ本体と;
前記チップ本体の前記一方の面に、前記凹部に蓋をするように貼り合わせて設けられた蓋体と;
を有することを特徴とする請求項12に記載の核酸分析装置。 - 前記チップ本体と前記蓋体との少なくともいずれかは光透過性を有することを特徴とする請求項18に記載の核酸分析装置。
- 前記チップ本体は光透過性を有する樹脂材料で形成され、前記蓋体は金属材料で形成されていることを特徴とする請求項18に記載の核酸分析装置。
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